[發(fā)明專利]一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器及其制備方法

在審

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• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115290005A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于永森;潘學(xué)鵬;國旗;陳岐岱;孫洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發(fā)明公開了一種啁啾光纖布拉格光柵法布里?珀羅干涉儀彎曲傳感器，屬于光纖法布里?珀羅干涉儀傳感器技術(shù)領(lǐng)域，包括單模光纖，單模光纖的纖芯兩側(cè)設(shè)有啁啾光纖布拉格光柵，所述啁啾光纖布拉格光柵所在平面平行于所述單模光纖纖芯的軸線，兩個啁啾光纖布拉格光柵的周期變化方向相同，且兩個啁啾光纖布拉格光柵之間具有一定的前后錯位距離，兩個啁啾光纖布拉格光柵反射的光在纖芯中傳輸，光柵反射的光的波長相同，其前后錯位距離使兩束反射光形成了光程差，最終產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象，構(gòu)成了光纖法布里?珀羅干涉儀，光柵的前后錯位距離即為干涉腔長。本發(fā)明的制備方法方便快捷，且無需特種光纖，只用到普通的單模光纖，成本較低，有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖法布里-珀羅干涉儀傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

光纖傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、幾何結(jié)構(gòu)具有可調(diào)性，耐高溫，抗電磁干擾，波分復(fù)用，可適用于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)勢，現(xiàn)已被應(yīng)用在航空航天，橋梁隧道，輸電線路，地下油井和醫(yī)學(xué)傳感等領(lǐng)域。光纖干涉儀傳感器由于制備工藝簡單，器件成本低而在近年來發(fā)展迅速。光纖干涉儀利用光纖受外界物理場的擾動如彎曲等使在其內(nèi)部傳輸?shù)墓獠ㄏ辔换蚰芰康葏?shù)發(fā)生變化,通過測量響應(yīng)的光波參數(shù)就可以獲得外界物理場的變化情況。與其它類型的光纖傳感器相比,光纖干涉儀傳感器由于采用了干涉技術(shù),具有較高的檢測靈敏度,且探頭形式靈活多樣,可應(yīng)用于不同的測量環(huán)境,響應(yīng)速度較快。光纖干涉儀主要有法布里-珀羅(FP)干涉儀、邁克爾遜Michelson)干涉儀、馬赫-曾德爾(MZ)干涉儀、和薩格納克(Sagnac)干涉儀,相比于后三種干涉儀,法布里-珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)簡單,制備方法多樣,其應(yīng)用也更為廣泛。

光纖彎曲傳感器在結(jié)構(gòu)健康檢測、航空航天和機器人技術(shù)等許多場景中都有廣泛的應(yīng)用。目前，大多數(shù)光纖彎曲傳感器由于其對稱的結(jié)構(gòu)難以感知不同的彎曲方向，且由于光纖的熱光效應(yīng)，在光纖的彎曲傳感測量中易受溫度帶來的影響，溫度交叉敏感度較高，影響曲率的精確測量。

因此，到目前為止，大多數(shù)報道的光纖彎曲傳感器存在如易受溫度交叉敏感影響，難以辨別彎曲方向的缺點。基于錯位并行啁啾光纖布拉格光柵(CFBG)構(gòu)成的光纖法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器制備方法簡單，可辨別彎曲方向且不受溫度交叉敏感度的影響，可顯著改善目前光纖彎曲傳感器的傳感性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種通過飛秒激光逐點直寫法在單模光纖(SMF)上刻寫一對錯位并行的CFBG構(gòu)成光纖法布里-珀羅干涉儀的方法，通過該方法制備的啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器可辨別彎曲方向且不受溫度交叉敏感影響；通過調(diào)控SMF纖芯內(nèi)兩個CFBG的前后錯位距離，具有不同自由光譜區(qū)的啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀被制造出來，在約12nm帶寬的CFBG反射譜上獲得了若干個干涉波谷；干涉波谷能量強度與兩個CFBG反射能量差相關(guān)，CFBG反射能量差越大，干涉波谷能量越高；CFBG反射能量差越小，干涉波谷能量越低；兩個CFBG具有一定的初始反射能量差，當(dāng)光纖發(fā)生彎曲時，纖芯兩側(cè)的CFBG反射能量發(fā)生了不同程度的損耗，這會導(dǎo)致兩個CFBG反射的能量差變大或變小，通過測量任意波谷能量的變化大小和趨勢，可計算出光纖彎曲的曲率和方向；在外界溫度變化過程中，溫度只能影響干涉波谷的波長，干涉儀的干涉波谷強度不受影響，因此在曲率測量過程中，傳感器不受溫度交叉敏感影響。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供了一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器，包括單模光纖，所述單模光纖的纖芯兩側(cè)設(shè)有啁啾光纖布拉格光柵(CFBG)，所述啁啾光纖布拉格光柵所在平面平行于所述單模光纖纖芯的軸線，兩個啁啾光纖布拉格光柵的周期和啁啾率相同，且兩個啁啾光纖布拉格光柵之間具有一定的前后錯位距離，兩個啁啾光纖布拉格光柵反射的光在纖芯中傳輸，光柵反射的光的波長相同，其前后錯位距離使兩束反射光形成了光程差，最終產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象，構(gòu)成了光纖法布里-珀羅干涉儀，光柵的前后錯位距離即為干涉腔長；